高速公路特殊地基处理方法分析研究

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　　摘   要：在高速公路建设施工过程中，因公路带状结构长的特点，线路途经各种不同地质条件的地基类型，特殊地基段在设计选线及建设施工过程中难以避免。如何消除特殊地基对工程质量的影响，保证高速公路建成后的使用质量及使用寿命，一直是广大工程建设者所思考研究的问题。本文结合山东某高速公路建设过程中遇到的不同特殊地基情况类型及采取的相应的处理方法进行了总结分析，希望可以为后续其他公路建设项目提供参考和借鉴。
　　关键词：高速公路;特殊地基;处理方法;总结分析
　　1  前言
　　在高速公路建设施工过程中，经常遇到各种不同地质条件的特殊地基类型，特殊地基段在设计选线及建设施工过程中难以避免。如不采取措施消除特殊地基对工程质量的影响，将对高速公路的使用质量及使用寿命造成严重影响。特殊地基处理过程中既要保证工程质量，同时还应兼顾经济、环保的原则。本文结合山东某高速公路建设过程中遇到的不同特殊地基情况类型及采取的相应的处理方法进行了总结分析。该条高速公路位于黄河中下游冲积平原地区，全长160余公里，途经三个地市，地下水位较高，粉质土层、村镇沟塘、盐渍土等特殊地基段较多，很大程度上考验了设计、施工技术水平。建设过程中经过各参建单位的共同努力，成功解决了特殊地基技术问题，圆满完成建设施工任务，建成通车后路基稳定、工后沉降满足规范及设计要求。
　　2  特殊地基对高速公路的主要危害及影响分析
　　2.1  对路基稳定性的影响
　　当路基建造在软土或粉质土上的时候，因地基土强度不够，会产生圆弧滑动而造成整体剪切破坏，即使不产生整体剪切破坏，但由于地基产生过大的侧向位移和由此引起的附加沉降，也会造成地基局部剪切破坏而影响路堤的正常使用。 外在最直观的影响表现为软基段路基不均匀沉降、侧向位移、边坡滑塌、路面纵向开裂或者横向断裂等现象，严重影响道路的通行功能，如不能及时发现处理可能导致发生安全事故。
　　2.2  沉降影响
　　特殊地基中软弱地基的另一大问题是长期的缓慢沉降。软粘土地基含水量高，压缩性大，在荷重作用下会产生很大沉降;同时软粘土的渗透系数小，固结系数小，完成沉降所需的时间很长，即固结过程历时长，深厚粘性土层的沉降可达几十年，在这种情况下，次固结沉降在总沉降中占的比例也较大，当沉降超过构造物最大容许沉降量时，将导致构造物失稳，从而发生事故。长期的缓慢沉降，在路基顶部难以根除质量隐患，即使在沉降量达到一定程度时及时进行挖填维修处理，但后续仍旧存在沉降问题，影响道路的使用质量。
　　2.3  软弱地基液化问题
　　公路路基由于受到车辆震动荷载，孔隙水压力上升，强度下降，产生翻浆冒泥，地面下陷。对于不饱和砂性土，由于孔隙压力上升较小，不足以引起液化，但强度仍会下降，而且由于被振密而产生较大变形，所以不仅会产生稳定问题，还会产生沉降问题。
　　2.4  软弱地基渗透问题
　　在水利工程、基坑工程中引起流沙和管涌问题。
　　2.5  盐渍土地基的危害影响
　　（1）溶陷。盐渍土对公路有很多方面的病害，溶陷是其中的一种。发生这种病害的原因是因为道路盐渍土路基或者结构层在淡水的作用下，盐分出现溶解的情况，并且被水分带走了，从而就导致了土体强度的丧失。同时在荷载或者自重的作用下，盐渍土路基或者结构层就出现了严重的出现沉陷、孔洞等破坏，并且被逐渐放映到路面层，甚至有一些盐渍土地区的路面由于湿陷而出现了溶洞的现象，从而就给车辆的通行带来了很大的安全隐患。  
　　（2）盐胀。盐胀是指含有丰富的硫酸盐的盐渍土，在温度降低的时候硫酸盐可以吸收水结晶、并且使體积变大，从而就促使土体出现了膨胀的现象;在温度升高的时候，硫酸盐会出现脱水的情况，这样就促使体积变小，由于这个过程是反复作用的，从而就使得土体结构遭到破坏，导致土体疏松。此外，由于盐胀会随着温度变化而体积发生变化，这样就使得地表出现了松胀的可能或者公路路基路面出现了局部不平、鼓起开裂的情况。  
　　（3）腐蚀 。腐蚀主要是由于盐渍土中所含容易溶盐与工程中所使用的金属材料、非金属制成品发生化学反应，这样的病害在道路工程中最常见的就是钢筋锈蚀、混凝土或者粘土制成品粉化开裂等。
　　3  针对特殊地基的类型采取的相应处理方法总结分析
　　本文所述特殊地基类型仅为上述某高速公路建设施工过程中所涉及遇到的特殊地基类型。
　　3.1  常年存水过水的沟渠、水塘、鱼塘特殊路基路段处理方法
　　该高速公路建设过程中设计单位针对沟渠、水鱼塘路段采取先排水清淤，换填50cm片石+10cm碎石灌缝+40cm石灰土（水泥土）的处理方法，该方法在一般小面积水塘路段取得了良好效果。但在K101—K102段内遇到了大面积、淤泥较深鱼塘，挖掘设备及运输车辆无法进入鱼塘内清淤，向塘内抛填片石后全部没于淤泥中，继续抛填片石仍然无法满足设备车辆承载要求，无法继续向鱼塘内推进施工，如继续采用抛填片石的方法，片石用量将大大增加，该地区不出产片石，从外地购进距离远、价格高，工程费用将大幅度增加，非常不利于造价控制。经业主、设计、监理、施工等各参建单位调查研究，决定采用大量抛填块状填料逐步向塘内推进，采取围堰分片+排水清淤+抛填块状填料的处理方法，所需块状填料为来自周边旧村改造、房地产开发拆除旧建筑物的碎渣废料，抛填厚度1m～1.5m，经碾压稳定后，再按路基填筑工艺填筑土层路基。实践证明该方法成功解决了大面积水鱼塘、较深淤泥路段的特殊路基问题，采用的建筑碎渣运输距离近、做到了废料利用、节约了造价，是特殊地基处理过程中经济、环保相结合的成功案例之一。
　　3.2  过湿地基路段处理方法 　　过湿地基承载力低、稳定性差，为保证路基质量须采取必要的方法进行处理。该高速公路针对过湿路段采取了清除表土后路拌施工40cm厚6%水泥土的处理方法。施工工艺为：准备下承层→施工放样→摊铺整平稳压素土→摆放和摊铺水泥→路拌机拌合→整形→压实→检测→养生。施工质量关键控制环节：（2）在取土前土场用土的各项指标经试验检验符合要求;b. 控制好水泥用量，拌和均匀;（3）拌和及碾压过程中严格控制最佳含水量，最佳含水量是压实度的保证;（4）注意控制施工厚度，宁刮勿补;（3）在碾压结束压实度检验合格后，立即开始养生，养生期不少于7d，养生期间保持其表面始终湿润。养生期过后，经压实度、强度检验合格后可进行后续填土作业施工。该方法有效解决了过湿路段质量隐患问题。
　　3.3  地下水位高，承载力差、压缩沉降大的软弱地基段处理方法
　　针对该段软弱土路基，设计采取了塑料排水板+堆载预压的处理方法。堆载预压+塑料排水板的横向处理范围为路基坡脚外1m，塑料排水板的平面上呈现正三角形布置，处理深度10m，间距1.5m;塑料排水板采用SPB-C型;砂垫层厚50cm，采用中、粗砂，含泥量小于5%。堆载预压高度为路床顶面。施工中须注意：（1）施工放样准确，排水板布设均匀，保证排水效果;（2）塑料排水板在插入地基的过程中应保证板不扭曲，透水膜无破损和不被污染;（3）塑料排水板插好后，应及时将露在垫层外的多余部分切断，并对排水板予以保护;（4）排水板的施打过程要采用定载振动压入的方法，一直打到设计要求的深度，不允许重锤夯击;（5）当提升套管，套管底部离开砂面50cm时，人工从套管底部切断排水板，使排水板外露长度控制在30cm以上;f. 检查质量标准要求的项目，若检查不合格，则必须在不合格排水板位置的20cm 范围内补打一根排水板，重新检查，直至合格为止;（6）施工人员严格控制板距、板长及垂直度三个参数，以确保塑料排水板的成桩质量及排水效果。
　　堆载预压期根据现场情况确定，采取该种软弱地基处理方法应充分考虑工期问题，预压期过短不能达到地基排水固结的效果，预压过程中应及时补土并保持预压土高度。
　　3.4  路基填筑高度小于1.6m的中、强盐渍土路基处理方法
　　针对路面高度小于1.6m的低填路段中、强盐渍土路基，采取地基表层土进行超挖并掺加石灰处治，超挖深度为路床底面以下不小于30cm，对路床区80cm掺加6%石灰处治，路床底面以下30cm掺加4%石灰处治的处理方法。施工工艺流程：测量放样→备料、摊铺→拌和→整形→碾压→养生→质量检测。施工中应注意：施工质量关键控制环节：（1）在取土前土场用土的各项指标经试验检验符合要求;（2）控制好石灰用量，拌和均匀;（3）拌和及碾压过程中嚴格控制最佳含水量，最佳含水量是压实度的保证;（4）注意控制施工层厚度;（5）在碾压结束压实度检验合格后，立即开始养生，养生期不少于7d，养生期间保持其表面始终湿润。养生期过后，经压实度、强度检验合格后可进行后续填土作业施工。
　　3.5  桥头易沉降路段部位处理方法
　　3.5.1   该高速公路工程针对桥头易沉降路段，根据沿线地质条件，对路基边线距离村庄较近（<120m）的桥头路基采用浆喷桩处理
　　浆喷桩处理软基是用特制的机械设备把水泥浆送入地下，通过水泥浆和原位地基土强制搅拌混合，使地基土和加固料之间很快发生一系列物理一化学反应，在短期内，使浆液形成固态柱体，将软土地基变成具有整体性、水稳性和一定强度的加固土桩复合地基。从而达到提高地基承载力，减小地基沉降量的目的。工艺流程为：场地平整→放样定位→钻机就位、浆液配制→下钻搅拌至设计深度→边喷浆边提升钻杆→喷浆复搅、停浆提升至地面→资料打印→钻机移位。施工注意事项：（1）充分做好技术交底工作，选用熟练技术工;（2）导向杆垂直度偏差不得大于1.0%;（3）严格控制钻机下钻深度、浆喷高程及停浆面;（4）全桩长范围复搅一次完成，供浆连续，拌和均匀;（5）对输浆管要经常检查，不得泄露及堵塞，管道长度以60m为宜，不得超过80m;（6）若发生空洞现象应立即用素土回填空洞，重新下钻喷浆进行接桩处理;（7）桩机上的气压表、转速表、电流表、电子称必须经过标定;（8）加强对原材料的检验控制，确保成桩质量。实践证明，针对桥头易沉降段采用的浆喷桩处理方法效果良好，有效防止了桥头沉降现象的发生。
　　3.5.2  远离村庄的桥梁结构物桥头采用了强夯的处理方法
　　施工工艺：测量高程→平整场地→布设夯点、撒灰线→第一遍点夯→平整场地、填砖渣→重新放点→第二遍点夯→平整场地、填砖渣→满夯→整平压实→检测→验收。根据现场地质条件止夯条件为：①最后2击平均夯沉量不大于5cm②，夯坑周围地面不发生过大隆起③不因夯坑过深而发生起锤困难。强夯完成后，地基承载力不小于220kPa。该方法对桥头易沉降段同样取得了良好的效果，有效防止了桥头沉降。
　　综上所述，在高速公路建设施工过程中特殊地基段在设计选线及建设施工过程中难以避免。如何消除特殊地基对工程质量的影响，提高我们的特殊地基处理技术，兼顾经济、环保的原则是我们工程建设者应不断探索研究的方向，通过广大工程建设者的共同努力，为我们的高速公路建设事业做出应有的贡献，助力我国经济腾飞。希望可以通过本文为后续其他公路建设项目提供参考和借鉴。
　　参考文献：
　　[1] JTG F10—2006.公路路基施工技术规范[S].
　　[2] JTG/T D3—02—2013.公路软土地基路堤设计与施工技术细则[S].
　　[3] JTG F80/1—2004.公路工程质量检验评定标准[S].
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